定理
对任意序数 α,有 ℵα×ℵα=ℵα.
证明
我们如下定义 Ord2 上的良序:
(α,β)<(γ,δ)⟺max{α,β}<max{γ,δ}∨(max{α,β}=max{γ,δ}∧α<γ)∨(max{α,β}=max{γ,δ}∧α=γ∧β<δ)
可以证明,这个序是一个良序.
我们令 Γ(α,β) 表示集合 {(γ,δ)∈Ord2∣(γ,δ)<(α,β)} 的序型.可以证明,Γ:Ord2→Ord 保序且一对一.
下面用 Γ[α×β] 表示 {Γ(γ,δ)∣(γ,δ)∈α×β},即集合 α×β 在 Γ 下的像集.
注意到 Γ[ωα×ωα]=Γ(0,ωα)≥ωα,以及 Γ[ω×ω]=ω(取对角线计数).
我们要证 ℵα×ℵα=ℵα,只需证 Γ[ωα×ωα]=ωα.
使用反证法.令 α 是使得 ωα<Γ[ωα×ωα] 的最小序数,则存在 β,γ<ωα 使得 Γ(β,γ)=ωα.
那么我们取 δ 满足 max{β,γ}<δ<ωα,则 ωα=Γ(β,γ)∈Γ[δ×δ].
取上式两侧的基数,得到 ℵα<|δ×δ|.
因为 δ>max{β,γ}≥ω,所以可设 δ 的基数为 ℵξ,其中 ξ<α.
我们刚才设 α 是使得 ωα<Γ(ωα×ωα) 的最小序数,所以 ωξ=Γ[ωξ×ωξ],即 ℵξ=ℵξ×ℵξ.
所以 |δ×δ|=|δ|×|δ|=ℵξ×ℵξ=ℵξ<ℵα,矛盾.
因此,对任意序数 α,都有 ℵα×ℵα=ℵα.